低填方上埋式管涵土压力的模型试验和理论研究

针对无黏性填土,通过模型试验和理论分析研究了低填方上埋式刚性管涵周围的土压力分布特性。基于试验结果和修正的马斯顿理论提出了较为合理的管涵土压力计算模型和计算公式,并根据试验数据确定了计算模型中的关键参数,通过不同埋深的试验工况结果对比表明:该计算模型能较好地反映实际的管涵周围土压力分布模式,在浅埋条件下管顶中心位置处土压力集中现象随管顶填高的增大而渐趋明显。同时,当填高较小时,管土界面法向土压力随分布角度θ增大先增后减;而填高较大时,管土界面法向土压力随分布角度θ增大而增大。

上埋式管道垂直土压力的减荷措施

上埋式管道广泛地用于水利、铁道、矿山、交通和军工等部门。近20年来,由于特高尾矿坝、大型土坝和高填土路堤的兴建,使管顶垂直土压力问题更显突出。试验研究表明,如能采取减荷措施,不但可避免管道因垂直土压力过大,引起轴向开裂,而且可使其设计更为合理,还可使一些特高坝下管道设计方案得以实现。

上埋式管道上竖向土压力计算的探讨

作用于上埋式管道的竖向土压力受管土相对刚度及基床形式的影响，而目前的一些计算方法均未考虑这两大因素，如对钢管和钢筋混凝土管道采用完全相同的计算公式，使计算结果与实测结果有一定的差距。为此，利用实测数据分析这两大因素的影响程度，最后根据实测结果，假定管道变形所引起土滑动破坏的形状，提出了土压力的计算模型，推导出了计算公式，公式被实测结果所验证，可供管道工程设计参考。

考虑位移协调的上埋式圆管涵设计方法

埋入式圆形涵管上的填土不但是荷载,也是涵管与土发生作用的介质,这种特性决定了圆管涵的工作性质。本文考虑了涵管结构与土的位移协调,提出了相应的涵管设计方法。结合现有规范方法和试验结果的比较分析,证实了本文方法的合理性。

软基上埋式箱涵土压力的离心模型试验研究

为考察软基上埋式箱涵受力特性,通过离心模型试验,研究了其竖向和侧向土压力、土压力系数随填土高度变化的规律及周围填土位移场的变化情况。试验结果表明,使用桩基的箱涵与两侧路堤产生了显著的差异沉降,并在涵洞处形成了驼峰;内外土柱差异沉降在路堤中形成了拱脚位于涵顶两侧的上凸压力拱,并使拱脚处竖向土压力集中,且竖向土压力系数随路堤填筑呈开口向下的抛物线分布,在某一涵顶路堤高度下达最大值;同时,随涵顶路堤填筑,涵洞侧向土压力和侧向土压力系数增加,由于涵侧路堤以沉降为主的位移模式与挡土墙后填土不同,涵洞侧向土压力小于现行规范值。软基上路堤、涵洞和地基的协同作用分析表明,传统的强涵基、弱地基的设计理念将使涵顶竖向土压力集中,并导致结构失效。为降低涵洞结构破坏风险,建议采用轻质填料填筑涵顶、涵洞反开挖施工和结构设计考虑涵顶竖向土压力集中等措施。

空间问题上埋式构筑物垂直土压力的测试与计算

针对空间问题上埋式构筑物,在现场设置了一组空间与平面问题的上埋式构筑物模型,进行垂直土压力测试对比,并以空间问题模型的有限元计算结果与实测值作了对比验证。结果表明,高、宽(或直径)比相同的空间问题与平面问题,前者的垂直土压力明显大于后者,从而验证了按弹性理论推出的计算公式的可行性。

上埋式涵洞基础埋深效应下的地基承载力研究

为探明上埋式涵洞基础埋置深度对地基承载力的影响,基于太沙基理论与顾安全公式,推导了适用于上埋式涵洞的地基承载力公式。利用有限元软件,分析了地基土的荷载-沉降(P-S)曲线随填土高度的变化规律,确定地基承载力容许值,将不同计算方法得出的地基承载力容许值与有限元计算值进行对比分析,同时分析了涵顶和基底土压力随填土高度的变化规律,探讨了不同计算方法下地基土的抗剪强度对地基承载力的影响,通过工程实例验证本文公式的合理性。研究结果表明:①涵洞侧填土增强了地基土的抗剪强度,使涵洞地基承载力得到提高,其提高程度受到涵洞侧填土附加土压力的影响;②随着地基土的内摩擦角和黏聚力的增加,地基承载力分别呈非线性和近似线性增长趋势,且内摩擦角对地基承载力的影响程度明显大于黏聚力;③本文公式计算的地基承载力与有限元计算值符合较好,且本文公式得出的地基承载力远远大于涵洞基底土压力,符合现场涵洞地基处于安全状态的实际情况。研究成果可为确定上埋式涵洞地基承载力提供理论支撑。

基于小主应力轨迹的上埋式涵管竖向土压力非线性描述

针对上埋式涵管竖向土压力的非线性描述,考虑土拱效应和管土相对刚度的影响,建立了圆弧、抛物线和偏转角线性变化3种小主应力轨迹下上埋式涵管竖向土压力的非线性解答,继而结合等沉面高度确定给出应用步骤,并对比文献模型试验、现场实测和数值模拟验证了正确性和适用性,最后进行工程选用探讨。研究结果表明:所得解答合理呈现了上埋式涵管竖向土压力沿水平方向的非线性变化,具有广泛的理论意义和工程应用价值;3种小主应力轨迹解答的适用范围不尽相同,圆弧小主应力轨迹解答对低填方的刚性涵管和柔性涵管均有很好的适用性,偏转角线性变化小主应力轨迹解答常提供稍偏保守的土压力载荷,抛物线小主应力轨迹解答可应用于高填方柔性涵管但易出现明显的高估。

上埋式涵洞垂直土压力计算及减荷技术应用

以涵洞为代表的上埋式构筑物土压力计算方法,在公路、铁路、水利及市政等部门中的相关设计规范中并不统一。为了使得涵洞土压力计算方法更加统一。针对常规设计与施工的涵洞,在以往理论计算和10多次室内外试验的基础上,并考虑涵洞结构突出地面高度和土性的影响,提出了垂直土压力系数的空间分布图及其数据表,使得计算方法更具有针对性。基于高填方涵洞EPS板减荷技术,提出了一套设计方法及其应用判据,经多个现场试验工点的实际应用与跟踪监测,证明减荷技术既安全又经济。

考虑中间主应力的非饱和土上埋式涵洞竖向土压力公式

基于非饱和土的平面应变抗剪强度公式,考虑中间主应力和基质吸力的共同影响,分别建立了均匀与线性2种吸力分布下非饱和土上埋式涵洞的竖向土压力公式,并对其进行可比性分析,对比文献数值模拟和模型试验进行正确性验证,最后探讨了各参数的影响特性。研究结果表明:所建立的上埋式涵洞竖向土压力公式为系列化的有序解析解,可退化为文献已有解答并包含众多新解答,并能计算涵顶上方不同高度处的竖向土压力,工程应用前景广泛;基质吸力对涵顶竖向土压力具有重要影响,且线性吸力影响不如均布吸力明显,应考虑回填土的非饱和特性并实测吸力分布;中间主应力效应随基质吸力和填土高度的增大而更加显著,同时均布吸力下中间主应力效应较明显,应合理选取强度准则以反映回填土强度的中间主应力作用;等沉面高度与回填土物理力学性质、中间主应力效应、基质吸力及分布形式等有关;基质吸力及其分布影响、中间主应力效应均与填土高度密切相关,体现了多因素对涵顶竖向土压力的综合影响。

减荷条件下上埋式圆形结构物周边上压力分析

本文简要分析了影响上埋式结构物周边土压力分布的各种因素，并建议在结构物顶部填筑聚苯乙烯泡沫塑料来改善其应力集中状态。通过对一圆形结构物进行有限元计算，重点分析减荷条件下结构物周边上压力分布，计算表明效果明显。

涵洞垂直土压力计算方法探讨——上埋式涵洞浅埋深时的简化公式法

对上埋式涵洞垂直土压力的计算,文中主要考虑填土性质的影响,通过假定洞顶土柱体两侧摩擦力达到最大静摩擦力,采用朗肯主动土压力作为侧压力,得出一种简化计算公式。经分析比较,其形式与荷载规范中的公式一致,计算结果在埋深较浅时与规范方法及其他方法相近,有一定的实用性。

上埋式柔性过水涵管的施工可行性

柔性管应用到上埋式过水涵管会遇到很多问题,对症下药才能使其应用成为可能。从柔性管工作机理入手,提出了"开槽法"的施工措施。首先对施工措施的理论根据进行解读,然后通过对HDPE缠绕增强管按此工艺进行现场试验来检验该措施的可行性。从滑线电阻位移传感器测得的变形值及光纤光栅测得的应变数据表明,采用"开槽法"施工后,管变形及应变量均极小,无弹性失稳现象,从而证明采用"开槽法"进行施工充分发挥了周围土体的作用,可将柔性管成功地用于上埋式过水涵洞。

上埋式拱涵应变分布特性及有限元分析

为研究高填路堤下涵洞的病害机理,对上埋式拱涵的应变分布特性进行了研究。通过对现场某实际拱涵应变的观测和有限元分析,在计算结果与工程实测吻合较好的条件下,得到了拱涵的应变分布特性。结果表明,在拱涵涵顶下部的拉应变最大,侧墙上部的应变较大,上拱45°位置的应变较小;填土荷载产生的混凝土裂缝最易在涵洞顶端下部出现,需补强。埋入EPS不仅能减小涵顶的最大竖向土压力,而且能全面改善涵拱结构的应变分布状况,从而改善涵洞断面混凝土的受力,能大幅降低涵洞混凝土的应变状态。

上埋式管涵竖向土压力计算方法

基于马斯顿理论、曾国熙公式、顾安全公式与有限元法,利用计算机仿真技术模拟地形条件、土性参数建立上埋式管涵模型,并根据工程实际进行算例分析、计算结果表明,竖向土压力集中系数广泛存在于涵洞工程中,尤其在高填土中不容忽视,马斯顿理论和曾国熙公式对高填土不适用,结合顾安全公式和有限元分析,能较为准确地评价分析涵洞受力。

泡沫塑料用于减轻上埋式结构物土压的研究

上埋式结构物顶部由于其上土柱与两侧土体的不均匀沉降会产生很大的附加压力。本文提出在结构物顶部填筑聚苯乙稀泡沫塑料(EPS)板材或粒状EPS来减小这一压力的新方法。首先对EPS的基本力学性能进行了试验,在若干模型试验中,观测了土体内部位移场和压力场的变化,探讨了用它做为减压材料的机理和效果。试验结果表明减压效果十分明显。在填土较低的情况下用粒状EPS做为软性填料效果更为显著,值得大力推广应用。文中还给出了一个减荷措施条件下结构物顶部土压力的计算公式。

上埋式高填土涵洞模型地基应力分布数值模拟分析

针对涵侧填土高度对高填土涵洞地基土中应力影响的问题,提出了采用数值模拟来探讨地基土中典型部位的土压力分布.分析不同涵洞结构形式、基础类型和涵洞侧面填土高度对地基土中应力的影响,研究地基土中典型部位的土压力分布.结果表明:涵洞结构形式对地基土中应力分布影响甚微;在距涵洞基础底部第一层土的中心点处,整体式基础较分离式基础相比地基应力增大约17%;随着涵侧填土的增加,地基土中应力的提高率先增加后减少,在涵侧填土为0.3 m时,地基土中应力提高率达到最大值.

上埋式高填方矩形混合涵洞的构造和计算探讨

近几年来,笔者设计了数个上埋式高填方矩形混合涵洞。所谓混合涵洞是指顶板、底板和侧墙分别采用不同材料建成的涵洞。在设计中有几点体会,现予介绍,仅供参考。 一、采取构造措施降低荷载集中系数K_n 众所周知,当洞侧土的沉降大于洞的沉降时,由于两者摩擦的关系,洞上荷载有所增加。这个增加值,习惯上用荷载系数来表示。该值与洞宽、埋深及地基土质软硬程度有关。其大小各资料介绍不一,一般1≥K_n≤2。所以对涵洞的材料消耗影响很大。

结构组合优化对增强上埋式柔性管环刚度的影响

柔性管采用上埋式施工关键问题在于环刚度的确保,为此开展了涵管结构优化试验研究.选取加入一定配合比外掺剂的水泥浆作为“刚化”处理的材料,通过反复调试灌浆方法和外掺剂剂量,使得注入浆体凝固后与外围肋管形成复合外壁,成为纵向“柔性”横向“刚性”的新型结构.环刚度检测试验结果表明,“刚化”处理前后管体的环刚度体现了大幅度提升,其中自制缠绕管增强了约97%,标准HDPE缠绕管处理前后环刚度分别提升约2.7倍(DN300)和2.9倍(DN400),优化后的新型管体结构弥补了传统涵管结构的不足.